#ifndef THREAD_POOL_H
#define THREAD_POOL_H

#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <future>
#include <functional>
#include <stdexcept>

// 线程池类
class ThreadPool {
public:
    // 构造函数：指定线程数量
    explicit ThreadPool(size_t threads);

    // 析构函数：停止所有线程
    ~ThreadPool();

    // 提交任务到线程池，返回future用于获取结果
    template<class F, class... Args>
    auto enqueue(F&& f, Args&&... args) 
        -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type>;

private:
    // 工作线程列表
    std::vector<std::thread> workers;
    // 任务队列
    std::queue<std::function<void()>> tasks;

    // 同步机制
    std::mutex queue_mutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop; // 线程池停止标志
};

// 构造函数：初始化工作线程
inline ThreadPool::ThreadPool(size_t threads) : stop(false) {
    // 创建指定数量的工作线程
    for (size_t i = 0; i < threads; ++i) {
        workers.emplace_back(
            [this] {
                // 工作线程循环：不断从队列取任务执行
                for (;;) {
                    std::function<void()> task;

                    // 临界区：获取任务
                    {
                        std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);
                        
                        // 等待条件：有任务或线程池停止
                        this->condition.wait(lock,
                            [this] { return this->stop || !this->tasks.empty(); });
                        
                        // 如果线程池停止且任务队列为空，则退出
                        if (this->stop && this->tasks.empty())
                            return;
                        
                        // 取出任务
                        task = std::move(this->tasks.front());
                        this->tasks.pop();
                    }

                    // 执行任务
                    task();
                }
            }
        );
    }
}

// 析构函数：停止所有工作线程
inline ThreadPool::~ThreadPool() {
    // 标记线程池为停止状态
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
        stop = true;
    }
    
    // 唤醒所有等待的工作线程
    condition.notify_all();
    
    // 等待所有工作线程结束
    for (std::thread& worker : workers)
        worker.join();
}

// 提交任务到线程池
template<class F, class... Args>
auto ThreadPool::enqueue(F&& f, Args&&... args) 
    -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> {
    
    // 推导任务返回类型
    using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type;

    // 包装任务为packaged_task，以便获取future
    auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(
        std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)
    );

    // 获取与任务关联的future
    std::future<return_type> res = task->get_future();
    
    // 将任务加入队列（包装为无参数函数）
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);

        // 如果线程池已停止，不能添加任务
        if (stop)
            throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");

        // 添加任务到队列
        tasks.emplace([task]() { (*task)(); });
    }
    
    // 唤醒一个等待的工作线程
    condition.notify_one();
    
    return res;
}

#endif // THREAD_POOL_H